【摘 要】
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随着天线阵列技术小型化的发展需求,阵元之间的互耦问题已成为目前研究的难点.而对于无线通信系统来说,天线是最关键的部件之一,良好的天线设计可以放宽系统要求并提高整体系统性能,因此,研究以及设计天线都应将互耦考虑进去,深刻理解天线之间的互耦现象并积极寻求互耦改善方法意义非凡.
本文以二元微带天线阵列为出发点,通过研究平面超材料和立体金属波纹技术减少阵元之间的互耦,论文的主要内容如下:
1. 首先对开口谐振环和金属波纹表面的去耦研究进展进行了回顾,接着着重分析微带天线的基本原理及其互耦现象.
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随着天线阵列技术小型化的发展需求,阵元之间的互耦问题已成为目前研究的难点.而对于无线通信系统来说,天线是最关键的部件之一,良好的天线设计可以放宽系统要求并提高整体系统性能,因此,研究以及设计天线都应将互耦考虑进去,深刻理解天线之间的互耦现象并积极寻求互耦改善方法意义非凡.
本文以二元微带天线阵列为出发点,通过研究平面超材料和立体金属波纹技术减少阵元之间的互耦,论文的主要内容如下:
1. 首先对开口谐振环和金属波纹表面的去耦研究进展进行了回顾,接着着重分析微带天线的基本原理及其互耦现象.
2. 基于左手材料结构的贴片开缝去耦技术研究.首先从传统开口谐振环的基础理论出发,对新型平面开口谐振环结构(MMUC)进行分析,并将其添加进两个边缘间距为0.05 λ0的矩形贴片天线中间,利用其磁单负特性在所研究的频带内形成陷波结构减少近场耦合的影响;接着将贴片沿着宽度方向向两侧同时增加一定宽度,然后在增加宽度的两侧各自添加一个同样大小的缝隙,通过改变电流路径的方式进一步降低阵元间的耦合.结果表明该方法可以实现在4.1~6GHz范围内隔离度达到-20dB以下.
3. 金属波纹表面三维去耦结构研究.首先分析了软表面的基本特性和实现方法,其次从金属屏蔽体可以有效降低阵元间的耦合出发,通过改变金属屏蔽体的表面结构形成波纹表面以及在波纹槽中间添加慢波材料延长电流的路径长度,改善其对天线辐射的影响.研究表明,将此结构添加进两个边缘间距为0.05 λ0的矩形贴片天线中间并在波纹槽内填充依次以4的倍数递增的介质可以有效地改变电流路径,从而更好地抑制天线单元之间的互耦,其在4~6GHz内隔离度达到-20dB以下,而且将互耦造成天线单元H平面偏离主辐射方向的角度从+30°调整到-9°.
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